Sekrup yang bisa menyebabkan kapal selam Titan jatuh

Para ahli mengatakan, sekrup yang menahan layar ke lambung Titan dapat menyebabkan cangkang serat karbon melemah secara bertahap dan hancur di bawah laut saat mencapai ambang batas.

Tragedi tenggelamnya kapal selam Titan di dasar Samudra Atlantik pada 23 Juni telah menarik perhatian media dan para ahli. Selain komentar tentang kesalahan desain, kesalahan struktural, atau kedalaman Titan yang terlalu dalam, hipotesis kegagalan akibat material (Materials Failure) juga telah diajukan oleh para ahli.

Ada laporan bahwa produsen OceanGate telah mengubah Titan dari kapal penginderaan jarak jauh ilmiah menjadi kapal pesiar penumpang. Gambar konstruksi kapal yang dirilis oleh OceanGate menunjukkan bahwa perusahaan telah memasang dua layar tampilan langsung ke lambung kapal, yang dilapisi serat karbon di bagian luarnya, seperti yang pernah diiklankan oleh CEO Stockton Rush.

Dua layar yang dibaut ke lambung kapal dan disambung dengan tangan (di atas) di Titan ditampilkan dalam video pengenalan kapal selam Titan. Foto: OceanGate

Hal ini tabu karena serat karbon 5 kali lebih kuat daripada baja tetapi sangat rapuh, sehingga sering dicampur dengan lem resin agar melekat pada permukaan material yang akan dilapisi. Proses pelapisan ini dibuat dengan menumpuk lapisan demi lapisan, mirip seperti merekatkan lapisan kertas dengan lem.

Oleh karena itu, struktur serat karbonnya bukanlah lembaran monolitik murni, melainkan komposit serat karbon dan resin. OceanGate menggunakan nama "komposit serat karbon" untuk material ini dalam paten yang diberikan pada tahun 2021.

Karena merupakan komposit, terdapat rongga mikroskopis dalam struktur serat karbon yang tidak dapat diisi oleh resin. OceanGate menyatakan rasio rongga kurang dari 1%, tetapi angka ini tidak disebutkan secara spesifik. Perbedaan antara rasio rongga 0,99% dan 0,0000000000001% dapat berdampak besar pada keseluruhan kerangka struktural serta laju fraktur material.

Metode pengeboran dan pemasangan layar pada lambung kapal akan menciptakan retakan kecil pada permukaan komposit di dalamnya. Setelah beberapa kali penyelaman untuk mengunjungi bangkai kapal Titanic di kedalaman 3.800 m, lambung kapal Titan terus-menerus berada di bawah tekanan tinggi dalam waktu yang lama, menyebabkan retakan menyebar secepat pecahan kaca.

Fenomena ini dapat diibaratkan seperti gletser yang berlubang di permukaannya. Retakannya awalnya kecil, tetapi secara bertahap, setelah setiap tumbukan yang cukup lama dan dengan kekuatan yang cukup, akan menyebabkan bongkahan es setebal ratusan meter terbelah, menghasilkan bongkahan es yang besar.

Serat karbon dikenal karena kekuatannya, tetapi bukan kekuatan tekannya yang menjadi kunci untuk menahan tekanan di dasar laut, tetapi kekuatan tariknya yang menjaga rangka agar tidak meregang dan patah.

Serat karbon komposit retak lebih lambat daripada serat karbon murni, menyebabkan proses retak terjadi secara bertahap, dan retakan struktural terlalu kecil untuk dideteksi dari luar. Laju retak dalam lapisan serat karbon yang sama akan lebih cepat dari lapisan ke lapisan, sehingga retakan akan membesar secara bertahap, hingga struktur terdalam menjadi sangat lemah.

Jika semua kondisi terpenuhi, hanya tabrakan kecil, dorongan geser dengan benda apa pun di dasar laut, sudah cukup untuk menyebabkan kapal selam Titan tenggelam dengan dahsyat, merenggut nyawa 5 orang di dalamnya.

Dalam hal ini, struktur komposit serat karbon akan tiba-tiba runtuh, meskipun perjalanan sebelumnya berjalan normal. Hal ini menjelaskan mengapa perjalanan Titan sebelumnya berjalan normal, tetapi perjalanan terakhir pada 18 Juni adalah saat wahana antariksa tersebut mencapai titik kritisnya.

Sekalipun ada celah tertentu antara lambung titanium dan cangkang luar komposit serat karbon sehingga lubang sekrup tidak menimbulkan retakan, pengeboran ke lambung titanium kapal juga menciptakan peluang timbulnya karat lebih cepat pada logam.

Titanium kurang rentan terhadap karat dibandingkan besi dan tembaga, tetapi warna lambung kapal bukanlah titanium murni, tetapi lebih seperti paduan titanium seperti yang diiklankan OceanGate, atau bahan baja keras yang mirip dengan yang digunakan Angkatan Laut AS untuk kapal selam.

Proses pembungkusan serat karbon di lambung Titan. Sumber: OceanGate

OceanGate dapat menggunakan logam paduan, alih-alih titanium murni, untuk membuat lambung kapal, sehingga mengurangi biaya produksi, tetapi juga membuatnya lebih rentan terhadap karat. Jika demikian, lokasi baut akan selalu menjadi yang pertama berkarat, sehingga berisiko menyebar dan melemahkan struktur di sekitarnya.

OceanGate kemungkinan menambahkan sekrup tambahan pada lambung kapalnya, karena sedang diubah untuk mengangkut wisatawan dan membutuhkan peralatan pemantauan yang ekstensif. Selain itu, las rangka pada pintunya cukup kasar, tanpa lapisan antikarat atau antikorosi tambahan, mirip dengan desain jendela yang dipasang di balkon rumah.

Dalam teknologi material, bagian bawah las adalah yang paling rentan terhadap karat dan kerusakan struktural karena kontak setidaknya dua material yang berbeda.

Risiko metode ini bahkan lebih tinggi daripada metode baut. Lasan mungkin memiliki ikatan logam yang menyebabkan karat cepat menyebar akibat korosi elektrokimia ketika terpapar kelembapan tinggi. Untuk membatasi risiko, produsen dapat melapisi las ini dengan lapisan tipis anti-abrasi dan anti-korosi untuk melindungi material dan struktur dari kondisi paparan lingkungan, tetapi belum ada bukti bahwa OceanGate telah menerapkan langkah-langkah keamanan ini.

Desain kapal selam Titan dari paten OceanGate asli menunjukkan bahwa kapal tersebut didasarkan pada kapal selam laut dalam Alvin DSV generasi pertama, yang masih digunakan hingga saat ini. Alih-alih menggunakan bentuk bulat tradisional untuk mengoptimalkan kemampuan menahan tekanan dari segala arah, Bapak Rush mengubah Titan menjadi tabung untuk menampung lebih banyak penumpang.

Kedua ujung toples di kedua sisinya terbuat dari titanium, sementara rangka silinder tengahnya dibalut dengan beberapa lapisan serat karbon setebal sekitar 13 cm. Blok silinder tengah, menurut desain ini, menjadi area penopang beban utama, sementara area inilah yang telah diintervensi dengan baut dan pengelasan.

Desain kapal selam OceanGate memiliki dua ujung dan sebuah cincin yang memperkuat titik sambungan, terbuat dari titanium. Grafik: Oceanliner Designs

Lapisan karbon setebal 13 cm dapat membantu kapal meningkatkan ketahanannya terhadap tekanan eksternal, tetapi secara tidak sengaja juga meningkatkan kerapuhannya dan membuatnya lebih sulit untuk mengamati retakan yang sangat kecil di dalam struktur lapisan.

Sambungan antara bodi dan kepala serta ekor titanium tidak dicetak 3D dari satu batch, melainkan dilas menggunakan mekanisme penyegel, yang berisiko melemahkan rangka mekanis. Struktur keseluruhannya sangat lemah karena penggunaan material yang berbeda-beda seperti serat karbon, titanium, dan kaca akrilik. Setiap material memiliki kekuatan, ekspansi, dan kerapuhan yang berbeda dalam lingkungan yang sama.

Hal ini juga menjadi alasan mengapa teknologi pencetakan 3D lebih disukai untuk pembuatan badan pesawat ruang angkasa, meskipun biayanya berkali-kali lipat lebih mahal daripada metode perakitannya. Dengan teknologi ini, produsen hanya perlu mencetak 3D sekali untuk mendapatkan produk yang lengkap, betapa pun rumitnya desain tersebut, tanpa pengelasan atau pemasangan baut, yang membantu mengurangi risiko pada keseluruhan struktur.

Dalam patennya, OceanGate menyebutkan telah menguji kapal selam Titan dengan aman pada tekanan 5.000-6.000 psi (400 kali tekanan atmosfer). Tekanan uji ini setara dengan tekanan yang akan dihadapi kapal selam tersebut pada kedalaman 4.000 meter.

Namun, dalam hal proses penilaian keselamatan, ini merupakan kesalahan yang sangat serius. Produsen bertanggung jawab untuk memastikan bahwa produk tersebut dapat bertahan dalam kondisi yang jauh lebih berat daripada penggunaan normal. OceanGate seharusnya memastikan bahwa Titan dapat menahan tekanan setidaknya 8.000-10.000 psi sebelum mengizinkannya beroperasi secara normal pada tekanan 6.000 psi, alih-alih membiarkannya mengangkut wisatawan pada tekanan maksimum menurut hasil pengujian.

Taktik pemasaran OceanGate untuk Titan dan paket pelayaran ekspedisinya juga menimbulkan pertanyaan tentang apakah inspeksi keselamatan telah dilakukan sesuai standar internasional.

Puing-puing dari kapal selam Titan dibawa ke pelabuhan Saint John, Kanada, pada 28 Juni. Foto: AP

OceanGate mengklaim bahwa kapal selamnya sangat baru sehingga melampaui standar keselamatan konvensional dan tidak dapat diperiksa oleh lembaga mana pun. Di sisi lain, OceanGate menggunakan istilah "paduan titanium-serat karbon" yang belum terbukti dalam patennya, alih-alih mendefinisikan material tersebut secara jelas sebagai "paduan titanium", bukan titanium murni dan komposit serat karbon, melainkan serat karbon murni.

Faktanya, produsen dapat menggunakan material baru yang lebih kuat, lebih tahan lama, dan lebih keras, tetapi mereka harus selalu memastikan standar keselamatan di atas standar minimum. Perbaikan diri dan penetapan standar keselamatan sendiri selalu berisiko menyebabkan kecelakaan.

Artikel ini mewakili pandangan penulis Dang Nhat Minh, yang saat ini merupakan kandidat PhD di Australian Research Council Centre for Advanced Surface Engineering of Materials (ARC SEAM), yang berpusat di Swinburne University of Technology di Melbourne.

Dang Nhat Minh

Tautan sumber: https://vnexpress.net/nhung-con-vit-co-the-khien-tau-lan-titan-gap-nan-4627263.html